JP2004328064A - クロック回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】クロックバッファのスイッチング動作時に外部電源に向かって発生するノイズの低減を図ること。
【解決手段】クロックバッファB1にLレベルを出力させる期間ではトランジスタP1を導通状態に制御して外部電源VDDとクロックバッファB1とを接続する。この期間では、容量素子C2に充電が行われる。クロックバッファB1は、容量素子を補助電源としてLレベルを出力する。一方、クロックバッファB1にHレベルを出力させる期間ではトランジスタP1を非導通状態に制御して外部電源VDDとクロックバッファB1との接続経路を断つ。この期間では容量素子C2の充電電荷で定まる電圧がクロックバッファに供給される。クロックバッファB1は、容量素子C2を補助電源としてHレベルを出力する。
【選択図】 図1
【解決手段】クロックバッファB1にLレベルを出力させる期間ではトランジスタP1を導通状態に制御して外部電源VDDとクロックバッファB1とを接続する。この期間では、容量素子C2に充電が行われる。クロックバッファB1は、容量素子を補助電源としてLレベルを出力する。一方、クロックバッファB1にHレベルを出力させる期間ではトランジスタP1を非導通状態に制御して外部電源VDDとクロックバッファB1との接続経路を断つ。この期間では容量素子C2の充電電荷で定まる電圧がクロックバッファに供給される。クロックバッファB1は、容量素子C2を補助電源としてHレベルを出力する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、論理回路の動作基準を与えるクロックを生成するクロック回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
論理回路の動作基準を与えるクロックを生成するクロック回路では、各論理回路に対して十分に速いスルーレートを確保するため、ドライブ能力の高いクロックバッファを用いて源クロックを各論理回路に供給するように構成される。このとき、クロックバッファの出力ライン上に存在する負荷容量では、クロックバッファのスイッチング動作に応じて充放電が繰り返される。その結果、この種のクロック回路では、クロックバッファのスイッチング動作時に電源ラインに与えるノイズが大きくなる。そのため、従来では、例えば特許文献1,2に開示されているように、クロックバッファのスイッチング動作により発生する電源ノイズの低減策が講じられている。
【0003】
すなわち、特許文献1では、クロック信号を利用して同期動作される複数個の順序回路を有する半導体集積回路であって、第1のクロック信号を伝達する第1の伝達線路と、第2のクロック信号を伝達する第2の伝達線路と、前記第1及び第2の伝達線路の要所に配置された複数のクロック制御回路とを含み、夫々のクロック制御回路は、前記第2のクロック信号を入力して第3のクロック信号を前記順序回路に供給すると共に第2のクロック信号に対して第3のクロック信号の位相を可変可能な位相可変回路と、前記第1のクロック信号に対して前記第3のクロック信号の位相差を検出して前記第3のクロック信号の位相第1のクロック信号の位相に対して一定とするように前記位相可変回路の状態を決定する制御信号を生成する位相差検出回路とを有し、前記夫々の位相差検出回路に前記制御信号を生成させる動作を指示する制御回路が設けられている半導体集積回路が開示されている。
【0004】
また、特許文献2では、共通の電源端子を介して電源が供給される出力回路と内部回路とを有する半導体集積回路において、前記出力回路に近い側に電源のインピーダンスを低下させるための素子を接続するための端子を設けた半導体集積回路が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−81924号公報(0004、0007、図1)
【特許文献2】
特開平11−234112号公報(0009〜0010、図2)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クロックバッファの出力ライン上に存在する負荷容量では、クロックバッファのスイッチング動作に応じて充放電を繰り返すが、その充放電の電力は、クロックバッファの動作電源である外部電源から直接供給されるので、クロックバッファのスイッチング動作による電流変化は、外部電源においても発生している。
【0007】
そして、クロックバッファは、対象となる論理回路の全体にクロックを供給するので、その出力ライン上に存在する負荷容量も増大する。つまり、クロックバッファのスイッチング動作時の充放電電流も大きくなる。集積回路の回路規模が増大している今日では、一層その傾向が強くなる。しかし、上記特許文献1,2に開示された技術では、外部電源に向かって発生するノイズは考慮されていない。したがって、新たな観点によるノイズ低減策が必要である。
【0008】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、クロックバッファのスイッチング動作時に外部電源に向かって発生するノイズの低減が図れるクロック回路を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかるクロック回路は、生成したクロックをクロックバッファを用いて各論理回路に供給するクロック回路において、一方の信号電極が前記クロックバッファの外部電源に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの電源入力端子に接続されるトランジスタと、前記トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの電源入力端子との接続ラインと接地との間に設けられる容量素子と、前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間内前記トランジスタを非導通状態に設定させ、低レベルを出力させる期間内前記トランジスタを導通状態に設定させる切替回路、または、前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間の開始初期の短期間だけ前記トランジスタを非導通状態に設定させ、以降次に高レベルを出力する期間の開始時までの期間内前記トランジスタを導通状態に設定させる論理回路とを備えたことを特徴とする。
【0010】
この発明によれば、クロックバッファに低レベルを出力させる期間ではトランジスタを導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとを接続する。この期間では、容量素子に充電が行われる。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として低レベルを出力する。一方、クロックバッファに高レベルを出力させる期間ではトランジスタを非導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとの接続経路を断つ。この期間では容量素子の充電電荷で定まる電圧がクロックバッファに供給される。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として高レベルを出力する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるクロック回路の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0012】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1であるクロック回路の構成を示す回路図である。図1において、論理回路の動作基準を与えるクロックを生成するクロック回路は、一般に、源クロックCLK1を複数(図1では3個)のインバータINV1,INV2,INV3を介してクロックバッファB1に与え、クロックバッファB1から源クロックCLK1と同形のシステムクロックCLK2を各論理回路に供給するように構成されている。
【0013】
クロックバッファB1は、通常、CMOS構成による相補型バッファ回路であり、電源端子に動作電源である外部電源VDDが直接接続され、接地端子が直接接地(グランド)に接続されている。そして、クロックバッファB1が出力するシステムクロックCLK2のラインと接地との間には負荷容量C1が存在する。
【0014】
このようなクロック回路において、この実施の形態1では、クロックバッファB1の電源入力端子と外部電源VDDとの間に、PチャネルトランジスタP1が設けられている。すなわち、PチャネルトランジスタP1は、ソース電極が外部電源VDDに接続され、ドレイン電極がクロックバッファB1の電源入力端子に接続されている。そして、PチャネルトランジスタP1のゲート電極は、源クロックCLK1が高レベル(以下「Hレベル」と記す)のときオフ動作するように、図示例では、2段目のインバータINV2の出力端に接続されている。
【0015】
加えて、PチャネルトランジスタP1のドレイン電極とクロックバッファB1の電源入力端子との接続ラインと接地との間に、補助電源として機能する容量素子C2が設けられている。
【0016】
次に、図1を参照しつつ図2を用いて、以上のように構成される実施の形態1であるクロック回路の動作について説明する。なお、図2は、図1に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【0017】
図2では、源クロックCLK1の波形は図示省略したが、インバータINV2の出力S1は、源クロックCLK1と同形に変化し、Hレベルと低レベル(以下「Lレベル」と記す)を繰り返す。このインバータINV2の出力S1を次のインバータINV3にて反転した出力S2がクロックバッファB1のクロック入力端に印加される。
【0018】
ここで、PチャネルトランジスタP1は、インバータINV2の出力S1がHレベルである期間21ではオフ動作を行ってクロックバッファB1への電源供給路を開路し、インバータINV2の出力S1がLレベルである期間22ではオン動作を行ってクロックバッファB1への電源供給路を閉路するように動作する。
【0019】
一方、容量素子C2では、PチャネルトランジスタP1がオフ動作を行っている期間21において放電動作が行われる。クロックバッファB1の電源入力端子には、容量素子C2に充電された電荷による電圧が印加されるので、クロックバッファB1は、出力をほぼHレベルにする。
【0020】
また、容量素子C2では、PチャネルトランジスタP1がオン動作を行っている期間22において充電動作が行われる。クロックバッファB1の電源入力端子には、容量素子C2に充電された電荷による電圧が印加されるので、クロックバッファB1は、出力をほぼLレベルにする。このとき、PチャネルトランジスタP1は、オン動作を行っている期間22において容量素子C2を充電するのに必要最低限の能力を持つように調整されている。
【0021】
このように、クロックバッファB1は、容量素子C2を補助電源としてスイッチング動作を行うことができ、負荷容量C1による充放電が行われる。しかし、外部電源VDDには、このときの充放電電流が直接流れ込むのが抑制される、ないしは直接流れ込まないので、外部電源VDDに向かう不要な輻射の発生が抑制されることになる。
【0022】
ここに、クロックバッファB1が出力するHレベルは、システムクロックCLK2を受ける論理回路の閾値を超えている必要があるので、容量素子C2は、Hレベルが各論理回路の閾値を超えるのに十分な容量値を持つものとなっている必要がある。ここでのHレベルの振幅値23は、負荷容量C1と補助電源である容量素子C2との容量比によって決まる。
【0023】
したがって、容量素子C2の必要な容量値は、次のようにして求めることができる。例えば、Hレベルが(3/4)VDDを確実に上回るようにするには、Q=C・Vの関係から、C2・VDD=(C1+C2)・VDD・3/4とおけるので、C2=3・C1と求まり、容量素子C2の必要な容量値は、C1:C2=1:3となるように定めればよい。
【0024】
このように、実施の形態1によれば、動作電源である外部電源にはクロックバッファのスイッチング動作時に起こる充放電電流が流れ込まないか、抑制されるので、外部電源に向かうノイズの低減が行えるようになる。
【0025】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2であるクロック回路の構成を示す回路図である。なお、図3では、図1に示した構成と同一ないしは同等である構成要素には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
【0026】
図3に示すクロック回路では、図1に示した構成において、遅延回路30がPチャネルトランジスタP1のゲート電極と2段目のインバータINV2の出力端との間に追加されている。
【0027】
遅延回路30は、インバータINV2の出力S1を遅延させる3段のインバータ31,32,33と、インバータINV2の出力S1と3段のインバータの出力とが入力される論理積回路34とで構成され、短い時間幅を持つ正極性のワンショットパルスを持つ出力S3をPチャネルトランジスタP1のゲート電極に印加するようになっている。
【0028】
次に、図3を参照しつつ図4を用いて、以上のように構成される実施の形態2であるクロック回路の動作について説明する。なお、図4は、図3に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【0029】
遅延回路30の出力S3は、図4に示すように、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がった以降の短い時間41内だけHレベルとなるワンショットパルスを持ち、その後、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がるまでの期間42ではLレベルとなる。
【0030】
したがって、PチャネルトランジスタP1は、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がった以降の短い時間41内だけオフ動作を行い、その後の期間42ではオン動作を行う。
【0031】
ここで、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がった以降の短い時間41内は、クロックバッファB1のスイッチング動作時の充放電が急激に行われるタイミングである。この実施の形態2では、クロックバッファB1に対して外部電源VDDが非接続となる期間を充放電が急激に行われる期間内に絞り込んで最小限の制御をするようにし、容量素子C2が十分に充電できるようにしている。
【0032】
その結果、システムクロックCLK2のHレベルも最終的にはVDDレベルまで到達するようになる。前述したように、実施の形態1では、システムクロックCLK2のHレベルをVDDレベルに完全に到達させることが困難であるので、システムクロックCLK2を受ける論理回路がCMOS構成の場合には、貫通電流が発生し、余計な消費電流を発生させる虞がある。この実施の形態2によれば、そのような事態の発生が防止できる。
【0033】
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3であるクロック回路の構成を示す回路図である。なお、図5では、図1に示した構成と同一ないしは同等である構成要素には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態3に関わる部分を中心に説明する。
【0034】
図5に示すクロック回路は、図1に示した構成において、NチャネルトランジスタN1と容量素子C3とが追加され、ている。クロックバッファB1の接地端子は、NチャネルトランジスタN1を介して接地(グランド)に接続される構成となっている。
【0035】
すなわち、NチャネルトランジスタN1は、ドレイン電極がクロックバッファB1の電源入力端子に接続され、ソース電極が接地(グランド)に接続されている。そして、NチャネルトランジスタN1のゲート電極は、源クロックCLK1がLレベルのときオフ動作するように、図示例では、2段目のインバータINV2の出力端に接続されている。
【0036】
また、容量素子C3は、NチャネルトランジスタN1のドレイン電極とクロックバッファB1の接地端子との接続ラインと接地(グランド)との間に補助電源として機能するように設けられている。
【0037】
以上のように構成される実施の形態3であるクロック回路では、システムクロックのHレベルに加えて、Lレベルについても実施の形態1にて説明した動作が行われる。したがって、この構成によれば、システムクロックのHレベルとLレベルの双方でノイズの発生が抑制できる。なお、この実施の形態3では、実施の形態1への適用例を示したが、実施の形態2に対しても同様に適用できることは言うまでもない。
【0038】
実施の形態4.
図6は、この発明の実施の形態4であるクロック回路のクロックバッファの構成を示す回路図である。この実施の形態4では、実施の形態1〜3に示したクロックバッファB1に代えて、図6に示す構成のクロックバッファB2を用いるようにしている。
【0039】
図6において、Pチャネルトランジスタ51のソース電極は、電源入力端子を構成し、図1、図3、図5に示したPチャネルトランジスタP1のドレイン電極に接続されている。また、Nチャネルトランジスタ52のソース電極は、接地端子を構成し、接地(グランド)に接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ51のドレイン電極とNチャネルトランジスタ52のドレイン電極とは共通に接続され、出力端子を構成している。
【0040】
以上は、通常のCMOS構成による相補型バッファ回路の構成である。すなわち、通常の構成では、Pチャネルトランジスタ51のゲート電極とNチャネルトランジスタ52のゲート電極とには、共通に図1、図3、図5に示したインバータINV3の出力S2が入力される。その結果、Pチャネルトランジスタ51がオン動作を行い、同時にNチャネルトランジスタ52がオフ動作を行うことで、出力端子からHレベルが出力される。逆に、Pチャネルトランジスタ51がオフ動作を行い、同時にNチャネルトランジスタ52がオン動作を行うことで、出力端子からLレベルが出力される。
【0041】
これに対し、貫通電流防止回路を構成するOR回路53およびAND回路54が追加されている。OR回路53およびAND回路54は、一方の入力端に図1、図3、図5に示したインバータINV3の出力S2が入力されている。OR回路53の出力端は、Pチャネルトランジスタ51のゲート電極とAND回路54の他方の入力端とに接続されている。また、AND回路54の出力端は、Nチャネルトランジスタ52のゲート電極とOR回路53の他方の入力端とに接続されている。
【0042】
すなわち、クロックバッファが、Pチャネルトランジスタ51およびNチャネルトランジスタ52のみで構成される場合は、Pチャネルトランジスタ51とNチャネルトランジスタ52とが同時にオン動作を行う期間が発生するので、不要な貫通電流が流れる。
【0043】
このようなOR回路53およびAND回路54を追加することにより、Pチャネルトランジスタ51とNチャネルトランジスタ52とが同時にオン動作を行う期間を極めて短くすることができ、貫通電流の発生を最小化することができる。
【0044】
したがって、クロックバッファが、Pチャネルトランジスタ51およびNチャネルトランジスタ52のみで構成される場合は、補助電源を構成する容量素子C2は、この貫通電流も考慮した容量値も確保する必要がある。
【0045】
この実施の形態4によれば、クロックバッファB2は、不要な貫通電流を最小化することができるので、補助電源を構成する容量素子C2の容量値を最小化することができる。つまり、集積回路においては、容量値を大きくすることはチップ面積ペナルティに直結する問題であるが、それを回避することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、クロックバッファに低レベルを出力させる期間ではトランジスタを導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとを接続する。この期間では、容量素子に充電が行われる。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として低レベルを出力する。一方、クロックバッファに高レベルを出力させる期間ではトランジスタを非導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとの接続経路を断つ。この期間では容量素子の充電電荷で定まる電圧がクロックバッファに供給される。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として高レベルを出力する。このように、外部電源には、クロックバッファのスイッチング動作時に負荷容量で生ずる充放電電流が直接流れ込むのが抑制される、ないしは直接流れることがないので、外部電源に向かって発生するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1であるクロック回路の構成を示す回路図である。
【図2】図1に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【図3】この発明の実施の形態2であるクロック回路の構成を示す回路図である。
【図4】図3に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【図5】この発明の実施の形態3であるクロック回路の構成を示す回路図である。
【図6】この発明の実施の形態4であるクロック回路におけるクロックバッファの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
VDD 外部電源、P1 Pチャネルトランジスタ、INV1,INV2,INV3 インバータ、B1,B2 クロックバッファ、C1 負荷容量、C2,C3 容量素子、30 遅延回路、N1 Nチャネルトランジスタ、51 Hレベル出力用のPチャネルトランジスタ、52 Lレベル出力用のNチャネルトランジスタ、53 OR回路、54 AND回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、論理回路の動作基準を与えるクロックを生成するクロック回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
論理回路の動作基準を与えるクロックを生成するクロック回路では、各論理回路に対して十分に速いスルーレートを確保するため、ドライブ能力の高いクロックバッファを用いて源クロックを各論理回路に供給するように構成される。このとき、クロックバッファの出力ライン上に存在する負荷容量では、クロックバッファのスイッチング動作に応じて充放電が繰り返される。その結果、この種のクロック回路では、クロックバッファのスイッチング動作時に電源ラインに与えるノイズが大きくなる。そのため、従来では、例えば特許文献1,2に開示されているように、クロックバッファのスイッチング動作により発生する電源ノイズの低減策が講じられている。
【0003】
すなわち、特許文献1では、クロック信号を利用して同期動作される複数個の順序回路を有する半導体集積回路であって、第1のクロック信号を伝達する第1の伝達線路と、第2のクロック信号を伝達する第2の伝達線路と、前記第1及び第2の伝達線路の要所に配置された複数のクロック制御回路とを含み、夫々のクロック制御回路は、前記第2のクロック信号を入力して第3のクロック信号を前記順序回路に供給すると共に第2のクロック信号に対して第3のクロック信号の位相を可変可能な位相可変回路と、前記第1のクロック信号に対して前記第3のクロック信号の位相差を検出して前記第3のクロック信号の位相第1のクロック信号の位相に対して一定とするように前記位相可変回路の状態を決定する制御信号を生成する位相差検出回路とを有し、前記夫々の位相差検出回路に前記制御信号を生成させる動作を指示する制御回路が設けられている半導体集積回路が開示されている。
【0004】
また、特許文献2では、共通の電源端子を介して電源が供給される出力回路と内部回路とを有する半導体集積回路において、前記出力回路に近い側に電源のインピーダンスを低下させるための素子を接続するための端子を設けた半導体集積回路が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−81924号公報(0004、0007、図1)
【特許文献2】
特開平11−234112号公報(0009〜0010、図2)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クロックバッファの出力ライン上に存在する負荷容量では、クロックバッファのスイッチング動作に応じて充放電を繰り返すが、その充放電の電力は、クロックバッファの動作電源である外部電源から直接供給されるので、クロックバッファのスイッチング動作による電流変化は、外部電源においても発生している。
【0007】
そして、クロックバッファは、対象となる論理回路の全体にクロックを供給するので、その出力ライン上に存在する負荷容量も増大する。つまり、クロックバッファのスイッチング動作時の充放電電流も大きくなる。集積回路の回路規模が増大している今日では、一層その傾向が強くなる。しかし、上記特許文献1,2に開示された技術では、外部電源に向かって発生するノイズは考慮されていない。したがって、新たな観点によるノイズ低減策が必要である。
【0008】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、クロックバッファのスイッチング動作時に外部電源に向かって発生するノイズの低減が図れるクロック回路を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかるクロック回路は、生成したクロックをクロックバッファを用いて各論理回路に供給するクロック回路において、一方の信号電極が前記クロックバッファの外部電源に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの電源入力端子に接続されるトランジスタと、前記トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの電源入力端子との接続ラインと接地との間に設けられる容量素子と、前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間内前記トランジスタを非導通状態に設定させ、低レベルを出力させる期間内前記トランジスタを導通状態に設定させる切替回路、または、前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間の開始初期の短期間だけ前記トランジスタを非導通状態に設定させ、以降次に高レベルを出力する期間の開始時までの期間内前記トランジスタを導通状態に設定させる論理回路とを備えたことを特徴とする。
【0010】
この発明によれば、クロックバッファに低レベルを出力させる期間ではトランジスタを導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとを接続する。この期間では、容量素子に充電が行われる。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として低レベルを出力する。一方、クロックバッファに高レベルを出力させる期間ではトランジスタを非導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとの接続経路を断つ。この期間では容量素子の充電電荷で定まる電圧がクロックバッファに供給される。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として高レベルを出力する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるクロック回路の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0012】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1であるクロック回路の構成を示す回路図である。図1において、論理回路の動作基準を与えるクロックを生成するクロック回路は、一般に、源クロックCLK1を複数(図1では3個)のインバータINV1,INV2,INV3を介してクロックバッファB1に与え、クロックバッファB1から源クロックCLK1と同形のシステムクロックCLK2を各論理回路に供給するように構成されている。
【0013】
クロックバッファB1は、通常、CMOS構成による相補型バッファ回路であり、電源端子に動作電源である外部電源VDDが直接接続され、接地端子が直接接地(グランド)に接続されている。そして、クロックバッファB1が出力するシステムクロックCLK2のラインと接地との間には負荷容量C1が存在する。
【0014】
このようなクロック回路において、この実施の形態1では、クロックバッファB1の電源入力端子と外部電源VDDとの間に、PチャネルトランジスタP1が設けられている。すなわち、PチャネルトランジスタP1は、ソース電極が外部電源VDDに接続され、ドレイン電極がクロックバッファB1の電源入力端子に接続されている。そして、PチャネルトランジスタP1のゲート電極は、源クロックCLK1が高レベル(以下「Hレベル」と記す)のときオフ動作するように、図示例では、2段目のインバータINV2の出力端に接続されている。
【0015】
加えて、PチャネルトランジスタP1のドレイン電極とクロックバッファB1の電源入力端子との接続ラインと接地との間に、補助電源として機能する容量素子C2が設けられている。
【0016】
次に、図1を参照しつつ図2を用いて、以上のように構成される実施の形態1であるクロック回路の動作について説明する。なお、図2は、図1に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【0017】
図2では、源クロックCLK1の波形は図示省略したが、インバータINV2の出力S1は、源クロックCLK1と同形に変化し、Hレベルと低レベル(以下「Lレベル」と記す)を繰り返す。このインバータINV2の出力S1を次のインバータINV3にて反転した出力S2がクロックバッファB1のクロック入力端に印加される。
【0018】
ここで、PチャネルトランジスタP1は、インバータINV2の出力S1がHレベルである期間21ではオフ動作を行ってクロックバッファB1への電源供給路を開路し、インバータINV2の出力S1がLレベルである期間22ではオン動作を行ってクロックバッファB1への電源供給路を閉路するように動作する。
【0019】
一方、容量素子C2では、PチャネルトランジスタP1がオフ動作を行っている期間21において放電動作が行われる。クロックバッファB1の電源入力端子には、容量素子C2に充電された電荷による電圧が印加されるので、クロックバッファB1は、出力をほぼHレベルにする。
【0020】
また、容量素子C2では、PチャネルトランジスタP1がオン動作を行っている期間22において充電動作が行われる。クロックバッファB1の電源入力端子には、容量素子C2に充電された電荷による電圧が印加されるので、クロックバッファB1は、出力をほぼLレベルにする。このとき、PチャネルトランジスタP1は、オン動作を行っている期間22において容量素子C2を充電するのに必要最低限の能力を持つように調整されている。
【0021】
このように、クロックバッファB1は、容量素子C2を補助電源としてスイッチング動作を行うことができ、負荷容量C1による充放電が行われる。しかし、外部電源VDDには、このときの充放電電流が直接流れ込むのが抑制される、ないしは直接流れ込まないので、外部電源VDDに向かう不要な輻射の発生が抑制されることになる。
【0022】
ここに、クロックバッファB1が出力するHレベルは、システムクロックCLK2を受ける論理回路の閾値を超えている必要があるので、容量素子C2は、Hレベルが各論理回路の閾値を超えるのに十分な容量値を持つものとなっている必要がある。ここでのHレベルの振幅値23は、負荷容量C1と補助電源である容量素子C2との容量比によって決まる。
【0023】
したがって、容量素子C2の必要な容量値は、次のようにして求めることができる。例えば、Hレベルが(3/4)VDDを確実に上回るようにするには、Q=C・Vの関係から、C2・VDD=(C1+C2)・VDD・3/4とおけるので、C2=3・C1と求まり、容量素子C2の必要な容量値は、C1:C2=1:3となるように定めればよい。
【0024】
このように、実施の形態1によれば、動作電源である外部電源にはクロックバッファのスイッチング動作時に起こる充放電電流が流れ込まないか、抑制されるので、外部電源に向かうノイズの低減が行えるようになる。
【0025】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2であるクロック回路の構成を示す回路図である。なお、図3では、図1に示した構成と同一ないしは同等である構成要素には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
【0026】
図3に示すクロック回路では、図1に示した構成において、遅延回路30がPチャネルトランジスタP1のゲート電極と2段目のインバータINV2の出力端との間に追加されている。
【0027】
遅延回路30は、インバータINV2の出力S1を遅延させる3段のインバータ31,32,33と、インバータINV2の出力S1と3段のインバータの出力とが入力される論理積回路34とで構成され、短い時間幅を持つ正極性のワンショットパルスを持つ出力S3をPチャネルトランジスタP1のゲート電極に印加するようになっている。
【0028】
次に、図3を参照しつつ図4を用いて、以上のように構成される実施の形態2であるクロック回路の動作について説明する。なお、図4は、図3に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【0029】
遅延回路30の出力S3は、図4に示すように、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がった以降の短い時間41内だけHレベルとなるワンショットパルスを持ち、その後、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がるまでの期間42ではLレベルとなる。
【0030】
したがって、PチャネルトランジスタP1は、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がった以降の短い時間41内だけオフ動作を行い、その後の期間42ではオン動作を行う。
【0031】
ここで、インバータINV2の出力S1がHレベルに立ち上がった以降の短い時間41内は、クロックバッファB1のスイッチング動作時の充放電が急激に行われるタイミングである。この実施の形態2では、クロックバッファB1に対して外部電源VDDが非接続となる期間を充放電が急激に行われる期間内に絞り込んで最小限の制御をするようにし、容量素子C2が十分に充電できるようにしている。
【0032】
その結果、システムクロックCLK2のHレベルも最終的にはVDDレベルまで到達するようになる。前述したように、実施の形態1では、システムクロックCLK2のHレベルをVDDレベルに完全に到達させることが困難であるので、システムクロックCLK2を受ける論理回路がCMOS構成の場合には、貫通電流が発生し、余計な消費電流を発生させる虞がある。この実施の形態2によれば、そのような事態の発生が防止できる。
【0033】
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3であるクロック回路の構成を示す回路図である。なお、図5では、図1に示した構成と同一ないしは同等である構成要素には、同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態3に関わる部分を中心に説明する。
【0034】
図5に示すクロック回路は、図1に示した構成において、NチャネルトランジスタN1と容量素子C3とが追加され、ている。クロックバッファB1の接地端子は、NチャネルトランジスタN1を介して接地(グランド)に接続される構成となっている。
【0035】
すなわち、NチャネルトランジスタN1は、ドレイン電極がクロックバッファB1の電源入力端子に接続され、ソース電極が接地(グランド)に接続されている。そして、NチャネルトランジスタN1のゲート電極は、源クロックCLK1がLレベルのときオフ動作するように、図示例では、2段目のインバータINV2の出力端に接続されている。
【0036】
また、容量素子C3は、NチャネルトランジスタN1のドレイン電極とクロックバッファB1の接地端子との接続ラインと接地(グランド)との間に補助電源として機能するように設けられている。
【0037】
以上のように構成される実施の形態3であるクロック回路では、システムクロックのHレベルに加えて、Lレベルについても実施の形態1にて説明した動作が行われる。したがって、この構成によれば、システムクロックのHレベルとLレベルの双方でノイズの発生が抑制できる。なお、この実施の形態3では、実施の形態1への適用例を示したが、実施の形態2に対しても同様に適用できることは言うまでもない。
【0038】
実施の形態4.
図6は、この発明の実施の形態4であるクロック回路のクロックバッファの構成を示す回路図である。この実施の形態4では、実施の形態1〜3に示したクロックバッファB1に代えて、図6に示す構成のクロックバッファB2を用いるようにしている。
【0039】
図6において、Pチャネルトランジスタ51のソース電極は、電源入力端子を構成し、図1、図3、図5に示したPチャネルトランジスタP1のドレイン電極に接続されている。また、Nチャネルトランジスタ52のソース電極は、接地端子を構成し、接地(グランド)に接続されている。そして、Pチャネルトランジスタ51のドレイン電極とNチャネルトランジスタ52のドレイン電極とは共通に接続され、出力端子を構成している。
【0040】
以上は、通常のCMOS構成による相補型バッファ回路の構成である。すなわち、通常の構成では、Pチャネルトランジスタ51のゲート電極とNチャネルトランジスタ52のゲート電極とには、共通に図1、図3、図5に示したインバータINV3の出力S2が入力される。その結果、Pチャネルトランジスタ51がオン動作を行い、同時にNチャネルトランジスタ52がオフ動作を行うことで、出力端子からHレベルが出力される。逆に、Pチャネルトランジスタ51がオフ動作を行い、同時にNチャネルトランジスタ52がオン動作を行うことで、出力端子からLレベルが出力される。
【0041】
これに対し、貫通電流防止回路を構成するOR回路53およびAND回路54が追加されている。OR回路53およびAND回路54は、一方の入力端に図1、図3、図5に示したインバータINV3の出力S2が入力されている。OR回路53の出力端は、Pチャネルトランジスタ51のゲート電極とAND回路54の他方の入力端とに接続されている。また、AND回路54の出力端は、Nチャネルトランジスタ52のゲート電極とOR回路53の他方の入力端とに接続されている。
【0042】
すなわち、クロックバッファが、Pチャネルトランジスタ51およびNチャネルトランジスタ52のみで構成される場合は、Pチャネルトランジスタ51とNチャネルトランジスタ52とが同時にオン動作を行う期間が発生するので、不要な貫通電流が流れる。
【0043】
このようなOR回路53およびAND回路54を追加することにより、Pチャネルトランジスタ51とNチャネルトランジスタ52とが同時にオン動作を行う期間を極めて短くすることができ、貫通電流の発生を最小化することができる。
【0044】
したがって、クロックバッファが、Pチャネルトランジスタ51およびNチャネルトランジスタ52のみで構成される場合は、補助電源を構成する容量素子C2は、この貫通電流も考慮した容量値も確保する必要がある。
【0045】
この実施の形態4によれば、クロックバッファB2は、不要な貫通電流を最小化することができるので、補助電源を構成する容量素子C2の容量値を最小化することができる。つまり、集積回路においては、容量値を大きくすることはチップ面積ペナルティに直結する問題であるが、それを回避することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、クロックバッファに低レベルを出力させる期間ではトランジスタを導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとを接続する。この期間では、容量素子に充電が行われる。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として低レベルを出力する。一方、クロックバッファに高レベルを出力させる期間ではトランジスタを非導通状態に制御して外部電源とクロックバッファとの接続経路を断つ。この期間では容量素子の充電電荷で定まる電圧がクロックバッファに供給される。その結果、クロックバッファは、容量素子を補助電源として高レベルを出力する。このように、外部電源には、クロックバッファのスイッチング動作時に負荷容量で生ずる充放電電流が直接流れ込むのが抑制される、ないしは直接流れることがないので、外部電源に向かって発生するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1であるクロック回路の構成を示す回路図である。
【図2】図1に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【図3】この発明の実施の形態2であるクロック回路の構成を示す回路図である。
【図4】図3に示すクロック回路の動作を説明するタイミング図である。
【図5】この発明の実施の形態3であるクロック回路の構成を示す回路図である。
【図6】この発明の実施の形態4であるクロック回路におけるクロックバッファの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
VDD 外部電源、P1 Pチャネルトランジスタ、INV1,INV2,INV3 インバータ、B1,B2 クロックバッファ、C1 負荷容量、C2,C3 容量素子、30 遅延回路、N1 Nチャネルトランジスタ、51 Hレベル出力用のPチャネルトランジスタ、52 Lレベル出力用のNチャネルトランジスタ、53 OR回路、54 AND回路。
Claims (5)
- 生成したクロックをクロックバッファを用いて各論理回路に供給するクロック回路において、
一方の信号電極が前記クロックバッファの外部電源に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの電源入力端子に接続されるトランジスタと、
前記トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの電源入力端子との接続ラインと接地との間に設けられる容量素子と、
前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間内前記トランジスタを非導通状態に設定し、低レベルを出力させる期間内前記トランジスタを導通状態に設定する制御電圧を前記生成したクロックに基づき発生し前記トランジスタの制御電極に印加する論理回路と、
を備えたことを特徴とするクロック回路。 - 生成したクロックをクロックバッファを用いて各論理回路に供給するクロック回路において、
一方の信号電極が前記クロックバッファの外部電源に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの電源入力端子に接続されるトランジスタと、
前記トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの電源入力端子との接続ラインと接地との間に設けられる容量素子と、
前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間の開始初期の短期間だけ前記トランジスタを非導通状態に設定し、以降次に高レベルを出力する期間の開始時までの期間内前記トランジスタを導通状態に設定する制御電圧を前記生成したクロックに基づき発生し前記トランジスタの制御電極に印加する論理回路と、
を備えたことを特徴とするクロック回路。 - 生成したクロックをクロックバッファを用いて各論理回路に供給するクロック回路において、
一方の信号電極が前記クロックバッファの外部電源に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの電源入力端子に接続される第1トランジスタと、
前記トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの電源入力端子との接続ラインと接地との間に設けられる第1容量素子と、
前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間内前記第1トランジスタを非導通状態に設定し、低レベルを出力させる期間内前記第1トランジスタを導通状態に設定する制御電圧を前記生成したクロックに基づき発生し前記第1トランジスタの制御電極に印加する第1論理回路と、
一方の信号電極が接地に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの接地端子に接続される第2トランジスタと、
前記第2トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの接地端子との接続ラインと接地との間に設けられる第2容量素子と、
前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間内前記第2トランジスタを導通状態に設定し、低レベルを出力させる期間内前記第2トランジスタを非導通状態に設定する制御電圧を前記生成したクロックに基づき発生し前記第2トランジスタの制御電極に印加する第2論理回路と、
を備えたことを特徴とするクロック回路。 - 生成したクロックをクロックバッファを用いて各論理回路に供給するクロック回路において、
一方の信号電極が前記クロックバッファの外部電源に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの電源入力端子に接続される第1トランジスタと、
前記トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの電源入力端子との接続ラインと接地との間に設けられる第1容量素子と、
前記クロックバッファに高レベルを出力させる期間の開始初期の短期間だけ前記第1トランジスタを非導通状態に設定し、以降次に高レベルを出力する期間の開始時までの期間内前記第1トランジスタを導通状態に設定する制御電圧を前記生成したクロックに基づき発生し前記第1トランジスタの制御電極に印加する第1論理回路と、
一方の信号電極が接地に接続され、他方の信号電極が前記クロックバッファの接地端子に接続される第2トランジスタと、
前記第2トランジスタの他方の信号電極と前記クロックバッファの接地端子との接続ラインと接地との間に設けられる第2容量素子と、
前記クロックバッファに低レベルを出力させる期間の開始初期の短期間だけ前記第2トランジスタを導通状態に設定し、以降次に低レベルを出力する期間の開始時までの期間内前記第2トランジスタを非導通状態に設定する制御電圧を前記生成したクロックに基づき発生し前記第2トランジスタの制御電極に印加する第2論理回路と、
を備えたことを特徴とするクロック回路。 - 前記クロックバッファは、
高レベル出力用のPチャネルトランジスタと低レベル出力用のNチャネルトランジスタとが電源入力端子と接地端子との間に直列に配置される場合に、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタとが同時に導通状態とならないようにそれぞれのゲート電極に印加する電圧レベルを制御する貫通電流防止回路、
を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のクロック回路。
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Cited By (2)
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JP2019098596A (ja) * | 2017-11-30 | 2019-06-24 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置及び駆動回路 |
CN114362482A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-04-15 | 北京紫光青藤微系统有限公司 | 管脚输入电路及芯片 |
-
2003
- 2003-04-21 JP JP2003115938A patent/JP2004328064A/ja active Pending
Cited By (4)
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